二维过渡金属硫属化合物范德瓦尔斯异质结构的电子结构

摘要

异质结构已经是现代半导体产业的基本元素，并在高速电子和光电子器件中扮演着关键角色。异质结构不仅能改善层状二维半导体的固有缺点，而且还能展现出许多新颖的特性。本文基于密度泛函理论，研究了二维过渡金属硫属化合物范德瓦尔斯异质结构的电子结构，重点考虑自旋-轨道耦合对电子结构的影响。本研究在晶体管、光电子器件、自旋过滤器件等方面的应用提供理论指导。
　　首先，在 h-BN/石墨烯、MoS2/石墨烯异质结构中，在狄拉克点附近的线性能带结构被保存，在K点处有一个小的带隙打开。在半金属性质石墨烯和半导体h-BN之间形成一个 n型肖特基势垒。在考虑自旋-轨道耦合的情况下，出现明显的自旋劈裂现象，并表现为p型掺杂。h-BN/黑磷烯异质结构为n型半导体，单层的h-BN和黑磷烯的半导体性质同样被保存，在考虑自旋-轨道耦合情况下，没有出现明显的自旋劈裂。
　　其次，XT2/黑磷烯(X=Mo、W；T=S、Se、Te)异质结构均表现为半导体性质，而且 XT2和黑磷烯的能带特性在异质结构中被保存，WSe2/黑磷烯范德瓦尔斯异质结构表现为I型能带偏移，MoS2/黑磷烯、MoSe2/黑磷烯、MoTe2/黑磷烯、WS2/黑磷烯、WTe2/黑磷烯范德瓦尔斯异质结构为 II型能带偏移。在考虑自旋-轨道耦合情况下，异质结构都表现很强的自旋劈裂现象。
　　最后，对于MoX2/WX2(X=S、Se、Te)异质结构，在考虑自旋-轨道耦合和电场的情况下，含有相同X原子MoX2/WX2(X=S、Se、Te)范德瓦尔斯异质结构的带隙和自旋劈裂可以通过电场进行有效地调节，但电场不能调节含不同 X原子 MoS2/WSe2范德瓦尔斯异质结构的自旋劈裂。

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第一章 绪论

1.1原子级薄二维层状材料

1.2自旋-轨道耦合效应

1.3二维半导体异质结构的研究现状

1.4本论文的研究意义及内容

第二章 基础理论

2.1 第一性原理

2.2 密度泛函理论

第三章 h-BN/石墨烯、MoS2/石墨烯、h-BN/黑磷烯异质结构的电子结构

3.1计算方法和模型

3.2结果与讨论

3.3本章结论

第四章 XT2/黑磷烯 (X=Mo、W；T=S、Se、Te) 异质结构的电子结构

4.1计算方法和模型

4.2结果与讨论

4.3本章结论

第五章 电场调节MoX2/WX2 (X=S、Se、Te) 异质结构的自旋劈裂

5.1计算方法和模型

5.2结果与讨论

5.3本章结论

第六章 结论与展望

6.1本文的主要结论

6.2主要创新点

6.3后续研究工作的展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢